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臺灣

奔跑吧!火焰!——單向繞圈移動火焰之探究

有一天,我和家人在網路上看到了一段非常有趣的影片。影片中,作者用花盆底座的外圈凹槽當作軌道,倒上燃料後點火,結果出現了一個像賽跑選手一樣在軌道上跑來跑去的火焰,而且一直繞圈轉不停。圖1是影片的截圖。這個現象讓我們看得目不轉睛,但也讓我們忍不住懷疑:這影片是真的嗎?火焰真的可以這樣移動嗎?這種現象會不會需要什麼特別的條件?因為對這個現象非常好奇,我找了幾個和我一樣有興趣的朋友,還請教了老師,希望一起來做研究。我們想通過實驗來找出火焰為什麼會這樣移動,還有哪些條件能夠讓它發生,也想知道會影響火焰移動速度的原因。我們希望能透過這些實驗了解背後的科學原理,並為火焰的動態行為研究提供一個有趣又不一樣的觀點。

就這樣「紫」-建立簡易水楊酸定量法應用於市售洗面乳

隨著含水楊酸清潔保養品的廣泛使用,肌膚刺激案例日益增加,顯示市面上缺乏快速且低成本的檢測工具。本研究旨在開發一種簡易、環保且具量化能力的水楊酸檢測方法。 首先,利用水楊酸與三價鐵離子在酸性條件下生成紫色錯合物,建立吸光度與濃度間的比色檢量線(R² = 0.9993)。為提升實用性及對抗洗面乳的偽陰性成分,本研究進一步開發比色試紙,並使用廢棄暖暖包中的氧化鐵作為替代鐵源,調整緩衝液與鐵離子比例,試紙能有效辨識0%至2%間五種常見濃度,並透過RGB與灰階分析提升判讀客觀性。 整體而言,本方法具備高靈敏度、良好可操作性與環境友善特性,未來可朝向提升抗干擾能力、擴展偵測範圍及整合手機App應用,發展為具商業潛力的居家快篩工具。

消波~快!2.0

延續去年的實驗做進一步的改善與測試,這次我們新增浮動式的消波塊觀測其消波的情形,實驗過程中,在無精密儀器下觀察波速與波高,是一件令人感到棘手之事,所幸目前影像分析技術大行其道,因此本實驗的觀測資料均由電腦影像分析輸出並整理。固定式消波塊的實驗結果蠻符合我們的預期,能以簡單的消波塊結構達到消波的功能,實驗數據顯示出原本岸邊的最大波高,可銳減至原有的三分之一左右,效果驚人,真的是消波~快!反之,浮動式消波塊的結果與預想有一段落差,最大原因是消波塊隨著液面升降,上方無足夠的水體產生足夠大的水壓,因此無法順利引導水流通過洩壓裝置,導致消波結果不如預期。

植物聊天室~聲音頻率之探究

聲音是振動產生的聲波,當流體中形成氣泡或空隙時,壓力會迅速下降到蒸氣壓以下,於是就會發生空蝕現象,產生震動而有聲音。我們利用PlantWave感測器,夾住植物的葉子,植物因空蝕現象產生震動,感測器測到震動電波,透過演算法轉換成聲音,再將聲音經由phyphox app測得其頻率。我們進一步以植物的種類、不同器官、不同環境、不同對待方式、不同的澆水量等作為實驗的變因進行,再透過手持顯微鏡的鏡頭觀察水分在維管束中流動情形,結果發現實驗葉片面積較大者、同株植物較成熟的莖、環境的溫度較高濕度較低、在受觸摸對待、水量較多、缺少空氣及陽光的狀態下,水分傳輸變化較快,推測在植物內部氣泡及壓力產生變化,形成空蝕現象,因而所測得的聲音頻率較高。

「拿」麼厲害—綠拿鐵的最佳配方與抗氧化能力研究

本研究比較不同綠拿鐵配方的抗氧化能力,並結合盲測評估消費者接受度。首先,以地瓜葉為主體,使用氧化還原滴定與分光光度儀測定,發現分光光度儀更準確且效率高,因此後續皆採用分光光度儀進行抗氧化能力測定。我們選用菠菜、青江菜、冰花、地瓜葉、香蕉、奇異果、鳳梨、蘋果及芭樂,進行單一蔬果與四十組配方測試,並選出抗氧化能力較佳的前五組與市售綠拿鐵進行盲測。結果顯示,市售綠拿鐵抗氧化能力明顯低於新鮮現打綠拿鐵,但因為糖度較高而獲得消費者較佳的口感評價,顯示美味與健康效益不一定成正比。研究中發現菠菜、青江菜、冰花 、香蕉、奇異果及菠菜、青江菜、冰花、香蕉、鳳梨這兩組配方在抗氧化力與口感評比中表現最 亮眼。

生菜變色的秘密

蔬果收成後褐變主要由多酚氧化酶(PPO)催化酚類化合物,氧化產生醌,伴隨非酶促反應,聚合成深色色素。本研究主要探討台灣福山萵苣變色的原因及其緩解。首先,本研究觀察到莖和葉柄中的維管束最容易變色。接著,證實了鹼性環境會抑制PPO的活性,而抗氧化劑維生素C和還原型谷胱甘肽可以抑制褐變。研究進一步改良粗萃取的步驟,並以兒茶酚作為反應物,測量產物鄰苯醌的吸光質,量化PPO的活性。此外,也發現變色的細胞並不一定為死亡的細胞,死亡的細胞也不一定會變色。最後,配合組織切片,確認變色細胞較多的是木質部,而死亡細胞較多的是韌皮部。綜上所述,本研究證實萵苣變色的部位PPO活性較高,且可以利用抗氧化劑抑制變色。

笛管新聲-探討簧片對笛子聲音之影響

直笛是每位學生必學樂器,加上簧片巧思,創作出簧片直笛。實驗變因控制為形狀(三角形、梯形、長方形),厚度以及材質。運用問題解決,開發出雷射切割簧片及板擦機吹氣,將人為誤差去除。實驗發現,三角形簧片會將頻率往上移動,上升最大59.2%。梯形簧片,當簧片寬度越寬,振動頻率越低。長方形簧片,簧片長度越長,振動頻率越高。當厚度越厚,頻率會變低。不同材質簧片,發現投影片簧片頻率變化最佳。從共振分析得知,當簧片振動頻率接近笛子自然頻率,音量增加。當簧片振動頻率沒有接近笛子自然頻率時,無法發出聲音。原本學生常用的高音笛,配合簧片替換創新,可吹出超高音笛的聲音。「笛管新聲可創造出不同音域的巧妙變化」。

AI與心理學的言語柔化實驗

現今網路充斥著具壓力的負面言論,影響使用者的心理健康。本研究旨在參考 C-ME 量表並整理為四大類標籤,人工分類從論壇蒐集的言論來訓練模型。研究採 LSTM、雙向 LSTM、CNN + LSTM 及 Transformer四種深度學習模型,基於自建資料集進行訓練,實現對全新言論的精準分類,並比較四種模型在精確率、召回率及 F1-score 等指標上的表現。結果顯示,LSTM處理數據不均衡的資料集時表現最佳,F1-score達89.2%。實測發現,CNN+LSTM 在預測效果上略勝 LSTM。此外,結合生成式 AI GPT-4o-mini,能有效改善不當言論,為留言者提供更委婉的表達建議。

頻率窺秘:轉速遇見CD孔數的樂章

當我們日常使用光碟時,很少有人會注意到:如果對正在旋轉的光碟上吹氣,是否會產生有趣的聲音現象?這項研究正是從這個問題出發,探討已鑽孔的光碟,在不同轉速下對聲音頻率的影響。我們設計了一系列實驗,改變光碟上的孔洞數量、分佈,並調整CD旋轉的速度,記錄吹氣後產生的聲音頻率變化。結果表明,風速只會影響聲音強度,不影響聲音頻率、頻率對轉速呈線性關係、轉速與頻率關係式係數呈線性關係、轉速與頻率關係式係數相似、CD孔數對稱性被破壞數據將會與1孔吻合、將12孔變成12-1和12-2孔之傅立葉轉換後的圖 的變化,會發現主頻跟旁邊的小山峰相對強度差距變小、12和6孔平均分布的CD片少鑽幾個孔得出的主頻會較低。

廢棄蘭花結合高分子材料製備口內膠研究

本研究針對嘉義地區廢棄蝴蝶蘭(Phalaenopsis)資源,嘗試以天然深共熔溶劑(Natural Deep Eutectic Solvent, NADES)在萃取蝴蝶蘭不同部位: 根、莖、葉、花之多醣及相關活性成分,並與傳統水萃取比較萃取率。透過評估萃取液中多醣含量、多酚含量、抗氧化能力,與抗菌能力以衡量萃取物在口腔保健之功效。之後將萃取物進一步結合不同配方之高分子基材料HPMC(Hydroxypropyl Methylcellulose)與 PVP(Polyvinylpyrrolidone),嘗試製成能有效成膜的口內膠。實驗結果顯示,以betaine+lactic acid組成的 NADES配方對蝴蝶蘭花部位之多醣與多酚萃取效率特別顯著,亦展現較高之抗氧化能力與抑菌效力,且能與特定配方之高分子材料結合形成有效凝膠。藉由萃取方式與高分子材料之配方優化,最終可望開發出兼具環保、功能性與口腔護理應用潛力的天然凝膠產品。